Karamö, le prof virtuelLeçon 10 sur 25
Les dipôles résistifs
Je sais reconnaître un dipôle résistif, lire et mesurer une résistance, et utiliser la loi d'Ohm U = R × I pour calculer une tension, une intensité ou une résistance.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un résistor et sa résistance, et connaître son unité
- Mesurer une résistance à l'ohmmètre et la lire avec le code des couleurs
- Tracer et exploiter la caractéristique d'un résistor
- Énoncer et appliquer la loi d'Ohm, et connaître quelques dipôles résistifs particuliers
Avant de commencer : Le circuit électrique, la mesure d'une intensité à l'ampèremètre (en série) et d'une tension au voltmètre (en dérivation), les conversions mA en A et kΩ en Ω.
1Je découvre
Sékou répare des postes de radio et des chargeurs de téléphone dans son petit atelier, au marché de Kankan. En ouvrant un chargeur en panne, il montre à son neveu Lansana une carte électronique couverte de petits composants beiges ou bleus, en forme de grain de riz allongé, avec des anneaux de couleur.
« Ce sont des résistances, explique Sékou. Chacune freine plus ou moins le courant. Celle-ci est grillée : elle est noircie. Pour la remplacer, je dois trouver exactement la même valeur. » Il lit les anneaux : rouge, rouge, marron, or. Puis il ajoute : « Sans elle, la petite lampe témoin du chargeur recevrait trop de courant et grillerait aussitôt. »
Lansana se demande ce que « freiner le courant » veut dire, comment les couleurs indiquent une valeur, et comment on calcule la résistance qu'il faut.
Qu'est-ce qu'un dipôle résistif, comment mesure-t-on sa résistance, et quelle relation lie la tension à ses bornes et le courant qui le traverse ?
2Je comprends
1. Le résistor et sa résistance
Un dipôle est un composant électrique qui possède deux bornes. Un résistor (appelé aussi conducteur ohmique, et souvent simplement « résistance » dans la langue courante) est un dipôle qui s'oppose plus ou moins au passage du courant.
Cette propriété est mesurée par sa résistance R, qui s'exprime en ohms (symbole Ω). On utilise aussi :
- le kilohm : 1 kΩ = 1 000 Ω ;
- le mégohm : 1 MΩ = 1 000 000 Ω.
Dans un schéma, le résistor est représenté par un rectangle placé sur le fil, avec la valeur de R à côté.
Expérience : dans un circuit formé d'une pile, d'une lampe et d'un ampèremètre, si on ajoute un résistor en série, l'intensité diminue et la lampe brille moins. Plus la résistance est grande, plus l'intensité est faible.
2. Mesurer une résistance
Avec un ohmmètre. On utilise un multimètre réglé sur la position « Ω ». On branche ses deux bornes aux bornes du résistor, retiré du circuit (ou circuit hors tension). On choisit d'abord le calibre le plus grand, puis on descend pour avoir la meilleure précision.
Avec le code des couleurs. Les petits résistors portent en général quatre anneaux :
- 1er anneau : premier chiffre ;
- 2e anneau : deuxième chiffre ;
- 3e anneau : multiplicateur (nombre de zéros à ajouter) ;
- 4e anneau (séparé des autres, souvent or ou argent) : tolérance, c'est-à-dire la précision.
| Couleur | Chiffre | Couleur | Chiffre |
|---|---|---|---|
| Noir | 0 | Vert | 5 |
| Marron | 1 | Bleu | 6 |
| Rouge | 2 | Violet | 7 |
| Orange | 3 | Gris | 8 |
| Jaune | 4 | Blanc | 9 |
Tolérance : or = ± 5 % ; argent = ± 10 %.
Exemple
Quelle est la valeur de la résistance de Sékou : rouge, rouge, marron, or ?
Rouge = 2, rouge = 2 : on écrit 22.
Marron = 1 : on ajoute 1 zéro, soit 220.
Or : tolérance ± 5 %.
R = 220 Ω ± 5 %. Comme 5 % de 220 = 11, la vraie valeur est comprise entre 209 Ω et 231 Ω.
3. La caractéristique d'un résistor
Pour étudier un résistor, on réalise le montage suivant : un générateur de tension réglable, le résistor, un ampèremètre en série et un voltmètre en dérivation aux bornes du résistor. On fait varier la tension et on relève les couples (I ; U).
Résultats obtenus pour un résistor :
| I (mA) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U (V) | 0 | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 |
On trace la courbe U en fonction de I : c'est la caractéristique du dipôle.
La caractéristique est une droite passant par l'origine : U est proportionnelle à I. Le coefficient de proportionnalité est la résistance. Au point M : R = UI = 3,00,030 = 100 Ω.
4. La loi d'Ohm
Loi d'Ohm. La tension U aux bornes d'un résistor est égale au produit de sa résistance R par l'intensité I du courant qui le traverse :
U = R × I avec U en volts (V), R en ohms (Ω), I en ampères (A).
On en déduit : I = UR et R = UI.
Un dipôle qui obéit à la loi d'Ohm est dit linéaire.
Méthode
Pour appliquer la loi d'Ohm :
- J'écris les données et je les convertis en unités du système international : I en A (20 mA = 0,020 A), R en Ω (4,7 kΩ = 4 700 Ω).
- J'écris la formule adaptée à la grandeur cherchée : U = R × I ; I = U / R ; R = U / I.
- Je remplace par les valeurs et je calcule.
- J'écris le résultat avec son unité, et je le convertis si c'est plus lisible (0,0025 A = 2,5 mA).
Exemple
a) Un résistor de 220 Ω est traversé par un courant de 20 mA. Calcule la tension à ses bornes.
b) On applique une tension de 12 V aux bornes d'un résistor de 4,7 kΩ. Calcule l'intensité.
a) I = 20 mA = 0,020 A. U = R × I = 220 × 0,020 = 4,4 V.
b) R = 4 700 Ω. I = U / R = 12 / 4 700 ≈ 0,00255 A, soit environ 2,55 mA.
Exemple
Une diode électroluminescente (DEL) rouge doit être traversée par 20 mA au maximum ; la tension à ses bornes est alors de 2 V. On l'alimente avec une pile de 9 V. Quelle résistance faut-il placer en série avec elle ?
Dans un circuit en série, les tensions s'additionnent : la tension aux bornes du résistor vaut 9 − 2 = 7 V.
Le résistor est traversé par le même courant que la DEL : I = 0,020 A.
R = U / I = 7 / 0,020 = 350 Ω.
Dans le commerce, on choisit la valeur juste au-dessus, par exemple 390 Ω. Alors I = 7 / 390 ≈ 0,018 A = 18 mA, ce qui est inférieur à 20 mA : la DEL est protégée.
5. D'autres dipôles résistifs
Tous les dipôles qui s'opposent au passage du courant ne suivent pas la loi d'Ohm :
- La lampe à incandescence : son filament chauffe beaucoup, et sa résistance augmente avec la température. Sa caractéristique est une courbe, pas une droite : ce n'est pas un dipôle linéaire.
- La thermistance CTN : sa résistance diminue quand la température augmente. On l'utilise dans les thermomètres électroniques et pour surveiller la température des appareils.
- La photorésistance : sa résistance diminue quand elle est éclairée. Elle permet, par exemple, aux lampadaires solaires de s'allumer automatiquement à la tombée de la nuit.
6. L'effet Joule
Tout résistor traversé par un courant s'échauffe : c'est l'effet Joule. Il est utile dans les fers à repasser, les bouilloires et les chauffe-eau électriques, et dans les fusibles, dont le fil fond si le courant devient trop fort. Il est gênant dans les appareils électroniques et les câbles, qui chauffent inutilement. Une résistance qui reçoit trop de courant chauffe jusqu'à noircir et se détruire : c'est ce qui est arrivé dans le chargeur de Sékou.
3Je retiens
Je retiens
Un résistor (conducteur ohmique) s'oppose au passage du courant ; sa résistance R s'exprime en ohms (Ω) ; 1 kΩ = 1 000 Ω.
On mesure R avec un ohmmètre, dipôle hors circuit, ou on la lit avec le code des couleurs (2 chiffres, multiplicateur, tolérance).
La caractéristique U = f(I) d'un résistor est une droite passant par l'origine.
Loi d'Ohm : U = R × I (U en V, R en Ω, I en A) ; I = U/R ; R = U/I.
La lampe à filament, la thermistance et la photorésistance sont des dipôles résistifs qui ne suivent pas la loi d'Ohm à résistance constante.
Tout résistor traversé par un courant s'échauffe : effet Joule.
4Erreurs fréquentes
- Oublier de convertir les milliampères en ampères : avec R = 100 Ω et I = 30 mA, U = 100 × 0,030 = 3 V, et non 100 × 30 = 3 000 V.
- Mesurer une résistance à l'ohmmètre alors que le circuit est alimenté : on fausse la mesure et on peut abîmer l'appareil.
- Lire le troisième anneau comme un chiffre : c'est le multiplicateur (le nombre de zéros).
- Appliquer la loi d'Ohm à une lampe à filament comme si sa résistance était constante : elle change quand la lampe chauffe.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Donne la valeur de chaque résistance et sa tolérance.
a) jaune, violet, rouge, or ;
b) marron, noir, orange, argent ;
c) orange, blanc, marron, or.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Jaune = 4, violet = 7, rouge = 2 zéros : R = 4 700 Ω = 4,7 kΩ, tolérance ± 5 %.
b) Marron = 1, noir = 0, orange = 3 zéros : R = 10 000 Ω = 10 kΩ, tolérance ± 10 %.
c) Orange = 3, blanc = 9, marron = 1 zéro : R = 390 Ω, tolérance ± 5 %.
2Exercice 2
Fanta relève les mesures suivantes aux bornes d'un résistor.
| I (mA) | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|
| U (V) | 0 | 1,5 | 3,0 | 4,5 | 6,0 |
a) Trace la caractéristique U = f(I). Quelle est sa forme ?
b) Le résistor suit-il la loi d'Ohm ? Justifie.
c) Calcule sa résistance.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) En plaçant I en abscisse et U en ordonnée, les points sont alignés sur une droite qui passe par l'origine.
b) Oui : U est proportionnelle à I (la caractéristique est une droite passant par l'origine), c'est la loi d'Ohm.
c) R = UI = 6,00,020 = 300 Ω (on vérifie : 1,50,005 = 300 Ω).
3Exercice 3
Recopie et complète en appliquant la loi d'Ohm.
a) R = 330 Ω et I = 0,02 A : U = …
b) U = 9 V et R = 1,5 kΩ : I = … (en mA)
c) U = 6 V et I = 40 mA : R = …
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) U = 330 × 0,02 = 6,6 V.
b) I = 91 500 = 0,006 A = 6 mA.
c) R = 60,040 = 150 Ω.
4Exercice 4
(Type BEPC) On veut alimenter une DEL avec une pile de 4,5 V. La DEL supporte au maximum 20 mA ; la tension à ses bornes est alors de 2 V.
a) Pourquoi faut-il placer un résistor en série avec la DEL ?
b) Calcule la tension aux bornes du résistor.
c) Calcule la valeur minimale de la résistance.
d) On dispose des valeurs 100 Ω, 150 Ω et 1 kΩ. Laquelle choisir ? Calcule alors l'intensité dans le circuit.
e) Dessine le schéma du circuit.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Sans résistor, la DEL recevrait la tension de la pile et un courant trop intense : elle serait détruite. Le résistor limite l'intensité.
b) Les tensions s'additionnent en série : UR = 4,5 - 2 = 2,5 V.
c) Rmin = 2,50,020 = 125 Ω.
d) 100 Ω est trop faible (l'intensité dépasserait 20 mA) ; 1 kΩ donnerait seulement 2,51 000 = 2,5 mA, la DEL éclairerait très peu. On choisit 150 Ω : I = 2,5150 ≈ 0,0167 A, soit environ 16,7 mA, inférieur à 20 mA.
e) Schéma : la pile, le résistor (rectangle, 150 Ω) et la DEL en série dans une seule boucle, la DEL branchée dans le sens passant (son triangle pointé vers la borne négative de la pile).
5Exercice 5
Dans une rue de Kankan, un lampadaire solaire s'allume tout seul le soir et s'éteint le matin.
a) Quel dipôle résistif permet de détecter la lumière du jour ?
b) Comment varie sa résistance quand la nuit tombe ?
c) Un fer à repasser électrique utilise un autre phénomène lié aux résistances. Lequel ? Explique.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Une photorésistance.
b) Quand la lumière diminue, sa résistance augmente ; le circuit de commande détecte ce changement et allume la lampe.
c) L'effet Joule : la résistance chauffante du fer, traversée par le courant, s'échauffe et chauffe la semelle.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
Crée ton compte élève gratuit pour cocher les leçons terminées, suivre ta progression et gagner des points au QCM.
